PDF《深度模拟器液压系统仿真研究》

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8 文献标识码:B 文章编号:1003-0492(2012)08-0082-03 中图分类号:TP273 陈祥辉,彭利平(中国船舶重工集团公司第七一研究所,湖北 宜昌 443003) 深度模拟器液压系统仿真研究 摘要:介绍了深度模拟器总体结构及工作原理,针对深度模拟器控制系 统中PID算法及其相关参数进行了仿真研究.以深度模拟器液压系统为模 型,利用AMESim仿真软件工具,对整个液压系统进行了仿真分析并对 系统各元器件的参数进行了优化,为深度模拟器的进一步研究提供了理 论基础. 关键词:深度模拟器;

PID算法;

AMESim;

可靠性 Abstract: The general structure and principle of the depth simulator are introduced in this paper. PID algorithm and related parameters are simulated for the control system of the depth simulator. Meanwhile, the hydraulic system of depth simulator is designed. The simulation of the hydraulic system is set up based on AMESim. The simulation is carried out for the hydraulic system of depth simulator. The parameters of each components are optimized. Key words: Depth simulator;

PID algorithm;

AMESim;

Reliability Design and Simulation of the Control System of Depth Simulator

1 引言 深度模拟器是水下航行器深度控制系统半实物仿真的重要设 备.它可由水下航行器主仿真计算机或本机控制器控制运行,产 生要求的压力输出,用以模拟水下航行器在不同海洋深度航行时 所承受的水压.应用该设备,配合航行器深度系统的有关模块, 可在实验室条件下对水下航行器纵向深度控制系统的各项性能指 标和参数进行测试. 深度模拟器采用常规比例-积分-微分(Proportion Integral Derivative,PID)技术,来控制深度模拟器的动态过程.深度模拟 器采用电液伺服控制系统,通过控制伺服阀的开口实现密闭工作 腔的进出油,进而控制该腔的压力值.深度模拟器具有深度范围 大、动态响应快、精度高等特点.

2 系统结构描述 控制系统的基本结构如图1所示.PID控制器由IPC通过软件 方式实现,而进入计算机的信号G(t)则通过A/D转换器,采样或通 过控制面板直接以数值形式传入PID控制器.压力传感器通过A/D 转换后以数值方式传给PID控制器.由此可见,该系统为离散的 控制系统,PID控制器将计算结果以数值形式得到后,通过D/A转 换得到电压或电流值去控制放大电路,并由放大电路推动电液伺 服阀工作.图中的KA是电液伺服阀驱动电路的增益,电液阀函数 则是指电液伺服阀的传递函数. 在进行系统原理论证和PID控制算法设计时,通过仿真验证 PID控制器与电液伺服阀匹配的可行性,了解PID参数调整同电液 伺服阀参数的关系,为选择电液伺服阀提供依据,选好电液伺服 阀和液压控制部分后,再调整和选取合适的PID控制参数,以达 到系统设计要求.在实际仿真和调整过程中可能会对PID控制算 法进行一定的调整使其具有更好的适应能力和更好的控制效果. 比如加入专家算法,或者进行模糊自适应整定方法等.

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3 工作原理 深度模拟器工作时模拟某产品在不同水深条件下运动时所承 受水压.其工作原理是利用给定的压力输入信号,通过自动控制 系统,输出相应的压力,如图2所示.测控系统是以计算机为核心 构成的集信号输入、数据采集、信息显示等为一体的控制系统. 通过D/A转换及信号放大,施加给液压系统的电液伺服阀,输出 压力;